CC BY
66
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 677.12
А. Р. Ибатуллина, А. Р.Файзуллина
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА КОНОПЛЯНЫХ ВОЛОКОН
Ключевые слова: конопляное волокно, модификация, плазма, свойства.
Исследовано влияние плазменной обработки на свойства конопляного волокна. Установлено, что плазменная обработка придает волокнам гладкость, блеск, увеличивает прочность. Растет процент водопоглощения после обработки в среде аргон, так же повышается разрывная нагрузка.
Keywords: hemp fiber, modification, the plasma, properties.
The effect of plasma treatment on the properties of hemp fiber were considered. It is found that the plasma treatment attached to fibers smoothness, gloss, increases strength. Increasing the percentage of water absorption after treatment in argon medium, also increases the breaking load.
Конопляные пенька и пряжа служат материалом для изготовления текстиля, обладающего повышенной прочностью, водостойкостью и износоустойчивостью.
Обычно из конопляной пряжи изготовляют следующие виды текстиля: грубые ткани (парусину, рогожу, холст, брезент), кручено-витые изделия (веревки, канаты, швейные нитки, шпагат) и технический текстиль (паклю, тканевые фильтры, приводные ремни, парашютные стропы, пожарные рукава, конскую упряжь). Из пеньки плетут коврики и циновки. В прошлом из пеньковой пряжи изготовляли также рыболовные сети и тонкие ткани (включая постельные и бельевые).
Конопляные волокна используют не только в одежде, но и в средствах ухода за лицом, например, в матирующих салфетках для лица из конопляной бумаги с экстрактом зеленого чая. Эти изделия смягчают кожу, раздражённую негативными внешними воздействиями, гипоаллергенны.
Однако, несмотря на высокие показатели гигиенических, прочностных и других свойств конопляного волокна. Актуальным остается дополнительная технологическая «доработка» и его усовершенствование. Эффективным современным инструментарием улучшения свойств текстильных материалов является плазменная модификация.
Плазма - это частично или полностью ионизированный газ. С помощью плазменной обработки можно изменять гидрофильные, адгезионные и механические свойства волокон, нитей. Воздействие низкотемпературной плазмы пониженного давления, приводит к увеличению разрывной нагрузки, способствует росту устойчивости к истиранию.
В легкой промышленности все большее практическое применение находит плазма высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления [1].
Опыт предыдущих исследований показывает актуальность и востребованность применения плазменной модификации при использовании текстильных волокон растительного происхождения [2, 3], а
обзор литературных данных показал недостаточность исследования влияния плазменной модификации на свойства волокон конопли. Этот вопрос является малоизученным, но, несомненно, имеет большую значимость и практическую ценность. Развитие использования методов плазменной модификации при производстве волокон конопли оправдано технологически, экономически и экологически.
Главная цель данного исследования — получить более мягкое волокно из ненаркотической технической конопли, имеющее прядильные свойства и пригодное для дальнейшей переработки в текстильной промышленности, а также улучшить такие свойства как способность к отбеливанию, прочность, гигроскопичность.
Для достижения поставленной цели необходимо провести сравнение свойств исходных и модифицированных в низкотемпературной плазме конопляных волокон. Исследования данного вопроса позволит изменять свойства материалов на основе конопли и подбирать в соответствии с назначением текстильных полотен наиболее подходящий метод модификации.
В качестве объектов исследования были выбраны конопляные волокна, полученные летним методом сбора (рис. 1). Для установления влияния плазменной модификации на свойства объектов исследования проводились испытания обработанных и необработанных образцов.
Рис. 1 - Конопляное волокно, полученное летним методом сбора
Летний сбор конопли производился в северной части РФ в городе Нефтекамск вдали от крупных населенных пунктов. Сбор конопли производился в фазу технической спелости. Средняя длина стеблей собранных растений составила 160 см. С 1100 г собранных образцов материала после первичной обработки вышло 200 г сырья.
Первичная обработка включала в себя оголение стебля от листьев, а затем производился обдир волокон со стебля.
Далее сырые волокна погружаются в кипящий щелочной раствор и варятся в течении 2,5 часов. После варки волокна тщательно промываются в воде, при этом удаляется щелочной осадок и часть сорных примесей. Затем волокна высушиваются, после чего следует процесс чесания. Волокна прочесываются мелкозубчатым гребнем, удаляются остатки сорных примесей.
Органолептический метод эксперимента дает возможность определить общие показатели материала. Волокна оценивали визуально и тактильно. Волокна конопли, полученные летним сбором, обладают блеском, желтым окрасом, среди недостатков можно выделить: грубы на ощупь, имеются остатки костры, низкая эластичность и тёмный оттенок, не поддающийся полному отбеливанию.
Модификация в среде аргона придала волокну дополнительную эластичность, в среде воздуха -более светлый бежевый цвет и блеск, в среде пропан-бутана - более наполненную структуру и гладкую поверхность (табл. 1).
Таблица 1 - Описание волокон в эксперименте органолептический
Для определения прочности и удлинения конопляных волокон при разрыве использовали испытательную машину Shimadzu AGS-X. Образцы конопляных волокон устанавливали в зажимах строго посередине и без перекосов. При помощи винтов, установленных на зажимах, фиксировали образец в верхнем, а затем в нижнем зажиме. Растяжение образца осуществляли за счет поднятия верхнего зажима с постоянной скоростью. Результаты проведенных испытаний представлены на рисунке 1.
Усредненные данные по изменению показателей физико-механических свойств образцов
представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Средние показатели разрывной нагрузки конопляного волокна
На рисунке 1 указаны данные по разрывной нагрузке конопляного волокна.
ю
58 и
о
О 0,5 1 1,5 2 2.5 3 3,5 4 4,5 5 Удлинение^™)
Рис. 1 - Разрывная нагрузка исходного конопляного волокна и волокон, подверженных плазменной модификации: 1 - контрольный, 2 - воздух, 3 - аргон, 4 - пропан-бутан
После плазменной обработки, у образцов изменились физико-механические свойства. Обработка образцов конопляных волокон в низкотемпературной плазме позволила повысить показатель прочности на разрыв образцов в сравнении с контрольным образцом.
Лучшим волокном по показателю прочности является образец, подверженный плазменной модификации аргоном, он превосходит исходный образец по разрыву в 2,2 раза. Образец, обработанный в низкотемпературной плазме воздухом, превосходит исходный образец в 1,27 раз. Образец модифицированный в низкотемпературной плазме пропан-бутаном превосходит исходный образец в 1,23 раза. Показатель удлинения практически не изменяется. Рекомендуется использовать волокно, обработанное в аргоне для индустрии спец прочной одежды, в военное дело, рюкзаки для походов, палатки, форма.
Также после плазменной обработки, конопляное волокно проверили на смачиваемость. На рисунке 2 указано влияние плазменной обработки на изменение угла смачивания конопляного волокна.
а) исходный в) аргон б) воздух г) пропан-образец бутан
Рис. 2 - Изменение краевого угла смачивания конопляного волокна в зависимости от вида плазменной обработки
Модификация в газе аргон и воздух по сравнению с исходным образцом не приводит к существенному изменению краевого угла смачивания. После обработки же в среде пропан-бутана волокно становится более гидрофобным, краевой угол смачивания увеличивается.
Плазмообразующий Сила, H Удлинение, мм
газ
- 4,95 2,25
Воздух 6,30 1,78
Аргон 10,81 1,75
Пропан-бутан 6,13 1,54
Волокна, модифицированные в плазме Приобретенные свойства
В среде аргона Эластичность
В воздушной среде Светло бежевый цвет и блеск
В среде пропан-бутан Гадкая наполненная структура
Эксперименты показывают целесообразность плазменной модификации конопляного волокна в той или иной среде, для изготовления спецовок, плащевой ткани (джинсовые куртки, плащи, пальто, ветровки) т.д.
Литература
1. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы / С.А. Крапивина. -Л.: Химия, 1981 - 247 с
2. Е.В. Слепнева, И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова. Вестник казанского технологического университета, №6, 155-157 (2011).
3. А.А. Азанова, Д.М. Нигматзянова, Л.Р. Низамова. Вестник Казанского технологического университета, №24, 76-77 (2012).
© А. Р. Ибатуллина - к.т.н., старший преподаватель кафедры «Технология химических и натуральных волокон и изделий» КНИТУ, gaynutdinovaa@bk.ru; А. Р. Файзуллина - студент кафедры «Технология химических и натуральных волокон и изделий» КНИТУ.
© A. R. Ibatiillina - Candidate of Technical Sciences, Senior lecturer of the Department «Technology of chemical and natural fibers and products» KNRTU, gaynutdinovaa@bk.ru; A. R. Faizullina - student of the Department «Technology of chemical and natural fibers and products» KNRTU.
